航海上陆标方位定位精度分析毕业论文.docx
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航海上陆标方位定位精度分析毕业论文
航海上陆标方位定位精度分析
1绪论
船舶立位方法和精度以及与电子海图能否有效结合是判断航海技术水平的方法之一。
全球泄位系统(简称GPS)可在全球范用内全天候地为海陆空三方的用户提供连续的髙精度的定位,GPS也已然成为了航海上主要的怎位导航系统。
但是,GPS毕竟是美国以军事目的发展的产物,对于我国的使用者来讲,时时被人控制或是监控下,实属不利。
而我国的“北斗”宦位卫星,技术尚未成熟,覆盖区域也不是很广,所以,如何在特殊情况下保持综合导航系统的有效性是急需解决的问题。
方位定位是最简单,最直接方便的左位方法,但在实际操作过程中仍然存有较大的误差,这给船舶的航行到来了一左的安全隐患。
所以我们有必要了解方位误差的来源和实际操作中应采取的应对措施,从而提髙船舶左位精度,保障远洋船舶的航行安全。
2方位定位概述
利用罗经同时观测两个或两个以上陆标的方位来确左船位的方法和过程称为方位左位。
方位左位具有观测与作图简单、迅速、直观等优点,是最基本和最常用的左位方法之一。
理论上讲,船上测者P观测某已知坐标的固泄物标M的方位时,这种“船测岸”方位位宜线是通过测者P、物标M和近极点Pn(Ps)的恒位线上任何一点,对所测物标M都具有相同的大圆方位。
当测者和物标同位于北半球或南半球时,恒位线在墨卡托海图上表现为一条凸向赤道的曲线。
但由于所测物标都位于测者视界之内,两者之间的距离一般小于30nmile,因此除了在极区航行外,我们可以用图上两点间的直线(恒向线)来代替恒位线进行方位左位。
同时观测两个或两个以上的陆标方位,可以获得同一时刻的两个或两个以上的方位位巻线,其交点即是观测时刻的观测船位。
海图作业时,在交点上绘画一小圆圈O作为陆标定位的船位符号。
2.1两方位定位
2.1.1定位的步骤
(1)选择、辨认物标:
选择易于观察、明显孤立、海图上位置准确的物标。
(2)观测:
观测物标一的陀螺罗经方位或磁方位(GB1/CB1):
物标二的陀螺罗经
方位或磁方位(GB2/CB2)
(3)求取物标真方位:
TB=GB+AG=CB+AC(TB:
真方位:
GB:
陀螺方位;CB:
罗方位:
AG:
陀螺差:
△(?
:
罗差)
(4)自所测物标反方向绘画方位位苣线:
TB1±18O°:
TB2±180°(因为TB是物标相对我船的方位,所以当画船与物标之间的方位位宜线时应反方向绘画)
(5)标注:
将观测的时间写在立位点旁,格式为XX(小时)XX(分钟)例如:
0850
舅d殳
212观测船位精度
企■产
£久=巧=SB
5=£;d/57・3°sin&
5=巾=%
M~57.3*sin+°2
图1观测船位
式中£和。
分別是方位位置线的观测方位系统误差和随机误差,M为船位均方差
2.2三方位定位
两方位陆标定位简单、直观,但一般情况下两条方位位置线总会相交于一点,难以判断观测船位的准确性。
如条件允许,应使用三方位左位法,即同时观测三个物标的方位来测左船位。
三方位泄位时,三条方位位置线通常并不相交于一点,而形成一个三角形,在大比例尺海图上尤为明显。
如果有误差,会形成较大的三角形以提醒观测者。
列外,通过对误差三角形的正确处理,还可以减小船位误差。
3方位定位误差产生的原因
实施立位主要有认、选、测、绘、填5个基本步骤,而误差源都是从这5个基本步骤上来的。
在船上观测几个物标方位不能同时进行,当船舶在运动时,不同时观测造成左位误差。
由于换算貞•方位用的罗经差不准确,使在海图上的物标方位线产生相同读数的误差。
由于读错、看错、记错或画错物标方位而导致的错误船位是错误、粗差。
在一般情况下,观测或绘画物标方位的误差不得超过±0.5°,对准确左位的影响比较小。
4提高方位船位精度的方法
4.1两方位
4.1.1选择物标
要选择易于观察、明显孤立、海图上位置准确物标。
一般选择物标观测点的有:
海图上标有符号的孤立岛屿或山稣,以三角点、埋石点、测站点为观测点:
设有灯塔、灯桩的岛屿或沿海陆地,以灯塔、灯桩为观测点;而积较小的明礎,以明碓中部为观测点;多山峰的岛屿以伸向海的岬角为观测点;沿岸如有显著的建筑物,且海图上有记载,则以该建筑物为观测点。
要选择交角合适的物标应按以下方法:
1、用两标方位左位时,两标方位线的交角应大于30°小于150°,以接近90°为最好。
2、用三标方位定位时,相邻两标方位线的交角应大于90°,以120。
为最好。
因为在这种交角下,如仪器有误差,其准确船位将在误差三角形内,容易求得准确的船位:
当物标分布范囤小于180。
时,如仪器有误差,其准确船位将在误差三角形外,就不好判别,因此如有可能,应选择分布范用大于180°的物标。
当只能选择分布在180。
范用内三个物标时,应选择夹角接近60°的物标;避免岀现四点共圆,因为当四点共圆时三条方位线交于一点,并和实际船位在同一圆周上,很可能存在误差很大船位误差。
所以,三标方位泄位时,不论三个物标分布在360°范用内还是分布在180°范闹内,两物标之间的船位线不宜小于30°。
要选择近距离的物标,为了防止四点共圆,中间物标应比左、右两侧物标近。
每个人观测测物标时产生的误差与正确值的大小各不相同。
4.1.2观测顺序
实际工作中,一个驾驶员往往是不可能同时用罗经观测两个物标的方位的,而是在短时间内先后观测所选物标方位,并以观测第二个物标的时间作为立位时间,这就必将因船舶的航行而产生船位误差。
除了尽疑缩短观测两物标方位的时间间隔外,还应掌握正确的观测顺序,以减小上述误差。
如图2所示,在船首尾线附近和正横附近各有一物标Ml和M2,而A.B为TLT2前后两个观测时刻的实际船位。
假设先观测正横附近物标M2,得T1时刻的方位位豊线P1.在测船首尾线附近物标Ml,得T2时刻的方位位巻线P2,两条位置线的交点F1即为T2时刻的观测船位,F1B即为郑重观测顺序所产生的误差。
若改换观测顺序,先观测Ml,再观测M2,则相应的观测船位和误差分别为F2和F2B。
显然,误差F2B比误差F1B小得多。
可以证明,为了减小由于不同时观测所产生的观测船位误差,白天应先观测首尾附近的、方位变化慢的物标,后观测正横附近的、方位变化快的物标。
如果以第一次观测的时刻T1作为泄位时间,则观测顺序刚好相反,即应先观测正横附近的方位变化快的物标,后观测首尾附近的方位变化慢的物标。
夜间观测灯标时,应本着先难后易的原则,尽量缩短前后两次观测的时间间隔,即先测闪光灯,后测左光灯;先测灯光周期长的灯标,后测灯光周期短的灯标;先测灯光弱的,后测灯光强的灯标。
尽可能减小观测中的系统误差和概率误差
在实习期间利用雷达两方位左位测得以下数据,如表1、2所示。
数据是两物标方位肚位
时方位线夹角不同,观测顺序不同这几种情况,得出不同情况下的方位误差,从而进行分析。
表1航行中利用宙达6海里档所测宙达两方位定位实测数据(方位线夹角不同)
序号
两物标方位线夹角(大概)
与物标一方位
与物标二方位
观测船位
实际船位(GPS读得)
距离差
1
110°
10°
120°
30°321・420N
30“32’・419N
0.16*
122°02’・101E
122°02’・084E
2
120°
15°
135°
30°32分・422N
30n32’・420N
0.17r
122°02r・114E
122°02’・110E
3
90c
30°
300°
30°32’・450N
30a32’・445N
0.01f
122°02’・121E
122°02’・120E
4
60c
6(T
120°
30°32’・480N
30a32’.483N
0.12r
122°02’・128E
122°02’・120E
5
90c
60c
330°
30°321・475N
30°32’・170
0.03’
122°02’・128E
122°02’・130E
6
120°
60c
180°
30°32’・479N
30°32’・470N
0.llf
122°02’・124E
122°021・120E
7
70°
65c
355°
30°321・485H
30“32’・480N
0.15r
122°02’・122E
122°02r・120E
8
30。
65c
95°
30°321・468N
30“32’・470N
0.18r
122°02’・120E
122°02r.124E
9
130°
70c
200°
30°32’・488N
30°32’・480N
0.16*
122°02f.124E
122°02’・127E
表1是比较两物标之间夹角的不同对定位精度的影响,由上表可见最小的距离差是
0.01',此值是夹角为90°是所测。
相对比较,两物标之间夹角与90°相差越大,距离差就越大。
由此可见,两方位左位物标之间夹角越近90°越精准。
表2航行中利用雷达6海里档所测雷达两方位定位实测数据(物标观测顺序不同)
序号
船舶航向
第一次观测物标的
真方位
第二次观测物标的
真方位
观测船位
实际船位(GPS读得)
距离差
1
135°
半山
17#灯浮
30°341・520N
30334’・518N
0.07r
45°
330°
122°0,・101E
122°・104E
173灯浮
半山
30n3-r・518N
30°3-r.517N
0.03*
330°
45°
122°04’・107E
122°04’・HOE
2
90°
下礁
22#灯浮
31°44’・228N
31°44.228N
0.06*
10°
220°
118°26r・969E
118°26r.961E
22口灯浮
下確
31°44’・228N
31°44’.228N
o.or
220°
10°
118°26r・973E
118°26’・969E
3
220°
西马鞍山岛
7#灯浮
24°41;.091N
24°41?
・093N
0.02r
240°
300°
188°49’・344E
188°49’・342E
7#灯浮
西马鞍山岛
24°411・089N
24°.094N
0.06*
300
240°
188°49’・31IE
188°49’.338E
表2是针对观测顺序的不同来比较两者的精度,船舶上的习惯一般以第二次观测的时刻作为宦位时间,所以每一组的两个值相比,很明显先观测首尾后观测正横的物标误差更小,更精准。
因为是方位左位,正横处的物标方位变化较快,要做到尽可能同时观测,则应尽量使观测间隔时间内,物标的方位变化较小,所以要后观测正横方向的物标。
4.2三方位
图3误差三角形实图
4.2.1船位谋差三角形
三方位泄位中,由合理的、不可避免的误差所引起的三角形称为船位误差三角形。
船位误差三角形主要由下列因素所致:
⑴并不能真正做到同时观测三物标方位:
(2)观测方位中,存在观测误差:
(3)罗经差ZkC/AG本身存在误差:
(4)作图渓差;
(5)所测物标的海图位置不准所引起的误差。
4.2.2误差三角形的处理
(1)小误差三角形的处理
在大C海图上误差三角形每边长v5mm(合理的概率误差)
当误差三角形近似直角△时:
观测船位取近直角处:
如图4
(1)
当误差三角形近似等边△:
观测船位取三角形中心;如图4
(2)
当误差三角形近似等腰△:
观测船位取近三角形短边中心;如图4(3)
当误差三角形近似狭长等腰△:
观测船位取短边中点:
如图4(4)
若△附近有危险物:
观测船位取对航行最危险的一点:
如图4(5),三角形附近有两处危险物,若按原航迹线CA航行,则应把a点设为此时的观测船位,使得船舶尽呈:
向右转;若此时船舶转向到CA',则应将b点设为此时的观测船位,使得船舶尽量向左转,远离危险物。
⑸
⑵大误差三角形的处理
大误差三角形:
误差三角形其中至少一边M5nmi
短时间内重复观测:
1.基本消除或明显缩小原因:
可认为是消除粗差后由于合理的随机误差所至。
处理:
同小△处理:
2.△的大小与方向无显著变化:
可以认为是系统误差适成的。
如图5可将三条方位船位线均加(或减)一相同小角度(2°〜4°),则形成另一新船位误差三角形『b‘c‘,然后用直线连接两三角形对应顶点。
如果连线相交于一点,则该点就是消除了罗经差引起的方位系统误差后的观测船位:
如果连线相交成一个合理的小三角形,则它就是消除了方位系统误差后,由于仍存在随机误差而形成的小船位误差三角形,可按上述处理小船位误差三角形的方法求岀观测船位。
图5改变罗经差法
3.A的大小与方向变化无规律:
可以认为是观测定位过程中存在较大的随机误差。
最好采用其他有效的泄位方法来进行核对,判断最概率船位的所在。
当船位误差三角形较大又无法缩小时,应取三角形反中线之交点为最概率船位。
若航行前方有危险物时,则应将观测船位取在三角形最靠近前方危险物处。
4.3船位误差
由于观测方法的错误或者观测者的粗心大意等过失而产生的误差称为粗差。
它会使用观测结果发生错误,甚至会导致航海事故的发生。
这些误差只要心细多检査就可以避免。
同时,在一泄条件下,进行一系列观测,其大小和符号保持不变或按一泄规律变化的误差,称为系统误差。
主要是由观测仪器本身的缺陷产生的。
如罗经误差属于系统误差。
此外,外界条件与规泄的标准条件不相符合,也会产生系统误差。
这些误差只有通过调整和校正的办法加以消除,或者准确的改正疑加以改正。
但不能完全消除或改正,只能减小。
另外在大体相同的条件下,进行一系列观测,岀现大小和符号各不相同的误差称为偶然误差或随机误差。
如人的感官的感觉不够准确、观测时的疲劳程度、仪器内部和外界条件的微小等,任何一次观测的偶然误差的大小和符号都是不可预计的,因而这些误差是不可能消除和改正。
所以,粗差是应该可以防止出现的:
系统误差是可以消除和改正,但系统误差可能发生变化。
为了减小误差,我们就应对左位进行呈:
化分析,来判断在航行中是否存在航行安全,并采取相应
办法来减小误差。
(1)任何一次观测均存在误差,观测中的误差必然使观测船位产生误差。
为了减小观测误差对船位的影响,提髙观测船位的准确性,所以我们有必要知道观测误差。
真值与观测值之差,称为观测误差。
观测船位误差可能有不同的方向和大小,所以真船位可能岀现在以观测船位为中心的一泄范国内。
船位均方差就是以观测船位为中心的一个船位误差范用,貞•船位在该范囤内的概率是一左的。
船位均方误差越大,则误差范用越大,观测船位的准确性越低;反之,观测船位的准确性越高。
因此,船位均方差可能作为评左观测船位准确性的标准。
现在利用船位均方误差圆两标方位船位来求均方差:
例:
测得A标TB=150°,B标TB=230°在海图上量得
A标距离2=6海里,B标距离巾=10海里,观测方位均
方差a°=±l",求船位均方差M=?
得M=0.21海里=2.1链
例:
用三标两角泄位,观测水平角的均方差a°=±4.0,,从海图上量得2=6海里,巾=8海里,Dc=10海里,为8=8海里,巾尸8海里,ZA=68.0°,ZC=51.3°,求船位均方差M=?
解:
0=51.3°+68.0°=119.3°
得:
M=0.016海里=30m
船舶的定位的精确度,能否按照il•划航行以及航行的安全都增加了难度。
为了提高船位准确性,就应选择近距离的物标进行左位,两角夹角e以90°为最好,一般不小于30°或不大于150°:
并提髙观测水平,减小观测方位的均方差,同时可以减小偶然误差和系统误差。
(2)观测顺序
船舶在航行中,由于测者不能同时观测两个物标、必然异时观测而引起船位误差。
为减少船舶航行对左位的误差,测者除提高观测速度、尽可能缩短观测时间外,还应掌握正确的观测顺序。
(3)观测方法
1)观测方位时应保持罗盆水平,并在船舶平正那一时刻测的得物标方位,以提高观测的准确度。
2)观测时,当物标的视线恰被船上的建筑物遮蔽时,可以用哑罗经或雷达测物标舷角的方法求的。
3)为了提髙观测方位的速度,应边观测边心记物标方位的读数。
4.3.1船位误差的处理
假设观测中没有误差,沿船舶位程一定在位巻线上,二条位宜线的交点就是没有误差的观测船位。
但在实际观测中,观测误差是必然存在的,该位苣线只是最或是船位的轨迹,则两条位置线的交点只能是最或是船位。
该最或是船位既存在系统误差,又存在偶然误差。
由误差理论可知,方位位宜线误差E应该是:
系统误差:
E=£B/^B=£BD
随机误差:
E==ctfD
式中,£b5分别是方位位苣线的观测方位系统误差和随机误差务为平而方位位置线梯度的模,占
D为船到物标间的距离。
在系统误差影响下,引起的船位系统误差为:
efJM+巧—2D22C0S&=
D为两个物标之间的距离。
根据系统误差的特点,有一左的规律性,如罗经差不准引起的方位差和航向差:
六分仪指标差引起的测角误差,仪器安装不合理引起的误差等。
特别是常量误差,可以采取适当措施予以消除,或预先测左加以改正,以减小到容许范羽,至少应使其对观测结果的影响远远小于随机误差的影响,并将剩余的系统误差与随机误差一并处理。
因此,对方位泄位而言,在定位仪器精度许可的情况下,可以认为系统误差影响甚小,立位过程中只存在随机误差。
由于随机误差大多由捉摸不左的偶然因素引起的,如船舶摇摆、光线的明暗、电离层高度的变化、仪器内部温度和电压的微小变化、人的感官不完善、观测时的疲劳程度和观测水平等,使得观测误差具有随机性,这种随机性的存在使得任何一个观测值的随机误差大小和符号是不可预测的,也是不可避免的,因此不能对它消除和改正,只能用概率统计的方法处理。
5结束语
我们船舶在沿岸航行时,只要能够熟练掌握方位定位方法,而且我们应该尽量使用最新版的海图和大比例尺海图。
我们在海图作业的时候,要使用正规的作图方法,严格落实海图作业规则,尽量减少海图作业时带来的误差。
我们既要发挥陆标方位定位的定位优势,又不能盲目依赖,我们要因地制宜,根据实际情况选用最有效的定位方法,同时要加强了望,以保障船舶的航行安全为首要目标。
致谢
感谢敬爱的母校和亲爱的同学们。
感谢母校为我提供了良好的学习平台,让我在老师的时刻激励下,跟随老师们学习专业知识,浸润在图书馆浩瀚的书海中,了解很多未知的领域。
感谢同学在人生最美好四年中的陪伴,共同努力,共同进步,互相帮助,逐渐成长,愿我们的友谊永存。
没有四年的知识积累和老师、同学的帮助与鼓励,这篇毕业论文是无法完成的,再次对你们表示深深的感谢。
参考文献
1【航海学】郭禹主编大连:
大连海事大学出版社,2005年3月(2006年12月重印)2【航海数学】戴冉王越主编大连:
大连海事大学出版社,2010年1月
3【航行中陆标方位定位精度分析】杭太贵
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